集成基片间隙波导阵列天线

1.本技术涉及天线技术领域，尤其涉及一种集成基片间隙波导阵列天线。


背景技术：

2.近来，随着无线通信网络技术快速发展，整个无线通信系统向小型化、轻量化、高可靠性、多功能性和低成本方向发展。低成本、高性能、高成品率的微波毫米波技术对于开发商业化的低成本微波毫米波宽带系统非常关键。
3.在实现现有技术的过程中，发明人发现：
4.现有技术中的阵列天线为提高辐射增益，需要设置多个辐射阵列。而较多的辐射阵列，使得辐射阵列中的辐射贴片排列也较为复杂。同时，为了将电磁波等分馈入各个辐射贴片，馈电网络也设计得很复杂。复杂的辐射阵列、馈电网络导致平面天线的加工成本、材料成本过高。
5.因此，需要提供一种集成基片间隙波导阵列天线，用于解决现有技术中阵列天线制造成本高的技术问题。


技术实现要素：

6.本技术实施例提供一种集成基片间隙波导阵列天线，用于解决现有技术中阵列天线制造成本高的技术问题。
7.具体的，一种集成基片间隙波导阵列天线，包括：
8.馈电网络，用于接收激励电流，形成电磁场，生成电磁波；
9.与所述馈电网络连接的波导结构，用于限制电磁波向外辐射，并定向传播电磁波；
10.与所述波导结构连接的若干辐射贴片，用于辐射电磁波至外界；
11.其中，所述波导结构包括：
12.第一金属板，用于限制电磁波向外辐射；
13.设置在所述第一金属板和所述馈电网络间的第一绝缘基板，用于分隔所述第一金属板和馈电网络；
14.设置在所述第一绝缘基板上的若干金属凸起结构，用于限制电磁波向外辐射；
15.第二金属板，用于限制电磁波向外辐射；
16.设置在所述金属凸起结构和所述第二金属板间的第二绝缘基板，用于分隔所述金属凸起结构和第二金属板；
17.所述第二金属板包括：
18.靠近所述第二绝缘基板的第一金属层；
19.远离所述第二绝缘基板的第二金属层；
20.设置在所述第一金属层和第二金属层间的绝缘层；
21.贯穿第一金属层、绝缘层、第二金属层的若干金属通孔，用于定向传播电磁波；
22.所述若干辐射贴片设置在所述第二金属层，用于辐射来自若干金属通孔的电磁波
至外界。
23.进一步的，所述第一金属层还设有若干耦合贴片，用于拓展电磁波的带宽；
24.所述若干金属通孔还用于，定向传播拓展带宽的电磁波。
25.进一步的，所述馈电网络由若干三端口功分器和若干微带线组成；
26.所述三端口功分器包括一个输入端和两个输出端，用于将发射功率分配到各个辐射贴片；
27.所述微带线用于接收激励电流，生成电磁波；
28.所述三端口功分器的两个输出端分别和两个微带线连接。
29.进一步的，所述若干辐射贴片与所述三端口功分器呈45
°
夹角。
30.进一步的，所述金属凸起结构包括：
31.一端与所述第一绝缘基板连接的金属柱；
32.与金属柱另一端连接的贴片。
33.进一步的，所述馈电网络、所述若干金属凸起结构、所述第一金属层、第二金属层、若干金属通孔、若干辐射贴片均采用印刷电路pcb技术印刷。
34.进一步的，所述集成基片间隙波导阵列天线还包括：
35.覆盖所述若干辐射贴片的第三绝缘基板，用于保护若干辐射贴片。
36.进一步的，所述若干辐射贴片按照8行*8列排布；
37.位于同一行相邻两个辐射贴片之间的中心间距为0.6λ；
38.位于同一列相邻两个辐射贴片之间的中心间距为0.6λ；
39.其中λ＝c/f，c为波速，c＝3*108m/s，f为所述集成基片间隙波导阵列天线的中心工作频率。
40.进一步的，所述若干金属通孔按照4行*8列排布；
41.位于同一行相邻两个金属通孔之间的中心间距为0.6λ；
42.位于同一列相邻两个金属通孔之间的中心间距为1.2λ；
43.其中λ＝c/f，c为波速，c＝3*108m/s，f为所述集成基片间隙波导阵列天线的中心工作频率。
44.进一步的，所述若干耦合贴片按照4行*8列排布；
45.位于同一行相邻两个金属通孔之间的中心间距为0.6λ；
46.位于同一列相邻两个金属通孔之间的中心间距为1.2λ；
47.其中λ＝c/f，c为波速，c＝3*108m/s，f为所述集成基片间隙波导阵列天线的中心工作频率；
48.且相邻两个耦合贴片沿金属通孔的中心呈对称分布。
49.本技术实施例提供的技术方案，至少具有如下有益效果：
50.本发明通过设置波导结构，定向传播电磁波至与波导结构连接的若干辐射贴片，并限制电磁波在定向传播过程中向外辐射，使得电磁波在传播过程中能受到较少的干扰，且辐射效率高。致使集成基片间隙波导阵列天线能够以较少的辐射贴片，和较为简单的馈电网络实现高增益辐射。较少的辐射贴片和较为简单的馈电网络使得集成基片间隙波导阵列天线的制造成本低。且本发明将辐射贴片旋转45度，使得集成基片间隙波导阵列天线的电场方向旋转45度，从而优化集成基片间隙波导阵列天线在e面和h面的辐射，进而实现低
副瓣。
附图说明
51.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
52.图1为本技术实施例提供的一种集成基片间隙波导阵列天线的结构示意图。
53.图2为本技术实施例提供的一种馈电网络的结构示意图。
54.100
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集成基片间隙波导阵列天线
55.11
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馈电网络
56.12
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波导结构
57.121
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第一金属板
58.122
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第一绝缘基板
59.123
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第二金属板
60.124
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第二绝缘基板
61.125
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金属通孔
62.126
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第三绝缘基板
63.13
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辐射贴片
具体实施方式
64.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术具体实施例及相应的附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
65.请参照图1，本技术公开一种集成基片间隙波导阵列天线100，包括：
66.馈电网络11，用于接收激励电流，形成电磁场，生成电磁波；
67.与所述馈电网络11连接的波导结构12，用于限制电磁波向外辐射，并定向传播电磁波；
68.与所述波导结构12连接的若干辐射贴片13，用于辐射电磁波至外界。
69.可以理解得是，所述馈电网络11是将高频信号按一定的幅度、相位分布馈送到天线各单元的微波电路网络。馈电网络11主要由功分器和微带线组成。在理想情况下，功分器和微带线只进行功率分配与电磁波的生成，而不参与辐射。但实际情况下，功分器和微带线存在一定的杂散辐射。当馈电网络11结构复杂且尺寸较大时，将严重影响天线的辐射性能。
70.本技术所公开的集成基片间隙波导阵列天线100采用电磁耦合的馈电方式。所述电磁耦合的馈电方式是指馈电微带线并不直接与辐射贴片接触，而是间隔一定的距离。具体的，本技术所公开的集成基片间隙波导阵列天线100采用邻近耦合的馈电结构进行电磁耦合馈电。其中，所述邻近耦合的馈电结构，是将馈电微带线与辐射贴片分别设置在不同的介质基板上。该结构便于控制馈电微带线与辐射贴片之间的耦合强弱，有利于增加阻抗带宽。
71.请参照图2，在本技术提供的一种具体实施方式中，所述馈电网络11由若干三端口
功分器和若干微带线组成；
72.所述三端口功分器包括一个输入端和两个输出端，用于将发射功率分配到各个辐射贴片；
73.所述微带线用于接收激励电流，生成电磁波；
74.所述三端口功分器的两个输出端分别和两个微带线连接。
75.考虑到本技术公开的集成基片间隙波导阵列天线100属于阵列天线，需要将电磁波等分馈入各个辐射贴片。因此，所述馈电网络11包括若干三端口功分器和若干微带线。其中，所述微带线可以传输电磁波，所述功分器可以将所述电磁波划分为等幅同向的两部分。在具体的应用场景中，所述三端口功分器可以表现为y型微带功分器，所述y型微带功分器将电磁波分为等幅同向的两部分。所述微带线可以表现为t型匹配微带。y型微带功分器的两个输出端分别和两个t型匹配微带的输入端相连接，t型匹配微带的两个输出端分别和两个y型微带功分器的输入端相连接，从而组成所述馈电网络11。所述馈电网络11的结构使得每个辐射贴片都能收到等幅同向的电磁波的馈入。经实验，本技术所公开的馈电网络11具有更好的耦合效果，并且有拓展带宽的功能。
76.进一步的，现有技术中的阵列天线为提高辐射增益，需要设置多个辐射阵列。而较多的辐射阵列，使得辐射阵列中的辐射贴片排列也较为复杂。同时，为了将电磁波等分馈入各个辐射贴片，馈电网络也设计得很复杂。复杂的辐射阵列、馈电网络导致平面天线的加工成本、材料成本过高。为解决现有技术中阵列天线制造成本高的技术问题，发明人通过设计波导结构12，使得电磁波在馈入辐射贴片的过程中定向传播，从而使得电磁波在传播过程中能受到较少的干扰，从而提高了辐射增益。换句话说，所述集成基片间隙波导阵列天线100能够以较少的辐射贴片13，和较为简单的馈电网络11实现高增益辐射。较少的辐射贴片13和较为简单的馈电网络11使得集成基片间隙波导阵列天线100的制造成本低。具体的，在本技术提供的一种具体实施方式中，所述波导结构12包括：
77.第一金属板121，用于限制电磁波向外辐射；
78.设置在所述第一金属板121和所述馈电网络11间的第一绝缘基板122，用于分隔所述第一金属板121和馈电网络11；
79.设置在所述第一绝缘基板122上的若干金属凸起结构，用于限制电磁波向外辐射；
80.第二金属板123，用于限制电磁波向外辐射；
81.设置在所述金属凸起结构和所述第二金属板123间的第二绝缘基板124，用于分隔所述金属凸起结构和第二金属板123。
82.可以理解的是，本技术所述第一金属板121、若干金属凸起结构、第二金属板123均用于限制电磁波向外辐射，因此所述第一金属板121、若干金属凸起结构、第二金属板123均选用非铁磁材料。所述非铁磁材料可以理解为是不导磁的金属或者合金，例如金、银、铜、铝等金属。为使本技术所述集成基片间隙波导阵列天线100适用于批量生产，所述第一金属板121、若干金属凸起结构、第二金属板123的材料优选为铜或铝，从而降低制造成本。
83.所述第一金属板121可以理解为接地板。作为接地板的第一金属板121，一方面用于和馈电网络11配合，使得激励电流流动，形成电磁场，生成电磁波。另一方面，第一金属板121不导磁，从而使得电磁波不向第一金属板121方向辐射至外界。
84.所述第一绝缘基板122使用绝缘材料制作，为馈电网络11提供安装位置。所述第一
绝缘基板122一面设置馈电网络11，另一面连接第一金属板121，从而分隔所述第一金属板121和馈电网络11。可以理解的是，电磁波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料，且不会消耗能量。由于第一绝缘基板122使用绝缘材料制作，因此第一绝缘基板122不影响电磁波的辐射。
85.还需要指出的是，所述第一绝缘基板122设置馈电网络11的一面上还设置有若干金属凸起结构。所述金属凸起结构限制电磁波辐射范围，使得电磁波不向外辐射。考虑到第一金属板121、若干金属凸起结构共同限制电磁波辐射范围，致使电磁波只能向远离第一金属板121的方向辐射。
86.电磁波向远离第一金属板121的方向辐射，直至接触第二金属板123。为避免所述第二金属板123与所述金属凸起结构直接接触，所述第二金属板123与所述金属凸起结构间还设有第二绝缘基板124。所述第二绝缘基板124使用绝缘材料制作，且不限制电磁波辐射。因此，在电磁波向远离第一金属板121方向辐射的情况下，可以穿过第二绝缘基板124，直至接触第二金属板123。
87.具体的，所述第二金属板123包括：
88.靠近所述第二绝缘基板124的第一金属层；
89.远离所述第二绝缘基板124的第二金属层；
90.设置在所述第一金属层和第二金属层间的绝缘层；
91.贯穿第一金属层、绝缘层、第二金属层的若干金属通孔125，用于定向传播电磁波；
92.所述若干辐射贴片13设置在所述第二金属层，用于辐射来自若干金属通孔125的电磁波至外界。
93.可以理解的是，第二金属板123的第一金属层和第二金属层限制电磁波向外界辐射。第二金属板123上开设有缝隙，即若干金属通孔125。所述若干金属通孔125用于定向传播电磁波，并激励设置在所述第二金属层的若干辐射贴片13，从而可以引入更灵活的匹配特性和更宽的工作频带。
94.当电磁波通过若干金属通孔125激励若干辐射贴片13后，若干辐射贴片13将电磁波辐射至自由空间。
95.进一步的，在本技术提供的一种具体实施方式中，所述第一金属层还设有若干耦合贴片，用于拓展电磁波的带宽；
96.所述若干金属通孔125还用于，定向传播拓展带宽的电磁波。
97.需要强调的是，经过发明人实验发现，本技术所公开的集成基片间隙波导阵列天线100仅采用邻近耦合的馈电结构进行电磁耦合馈电时，电磁波的驻波比特性较差。为解决电磁波的驻波比特性较差的技术问题，发明人在所述第一金属层设置若干耦合贴片。可以理解的是，所述若干耦合贴片用于实现阻抗匹配，从而在电磁波辐射至第一金属层的时候，不产生反射，降低辐射干扰。同时，若干耦合贴片也使得耦合产生的电容与馈线的电感相消，于是可以在原来的谐振点附近多出谐振点，从而拓宽带宽，从而提高集成基片间隙波导阵列天线100的传输能力。
98.进一步的，在本技术提供的一种具体实施方式中，所述若干辐射贴片与所述三端口功分器呈45
°
夹角。
99.可以理解的是，集成基片间隙波导阵列天线100在工作过程中，会形成两部分的辐
射能量。其中，一部分辐射能量来自于集成基片间隙波导阵列天线100主波束方向，另外一部分辐射能量来自集成基片间隙波导阵列天线100副瓣方向。当过大的干扰信号进入天线副瓣时，会对信号识别造成严重影响。为此，降低天线副瓣可以提高天线辐射效率。
100.为解决集成基片间隙波导阵列天线100辐射效率低的技术问题，发明人通过将若干辐射贴片与所述三端口功分器呈45
°
夹角的方式降低副瓣。具体的，发明人发现，相较于传统辐射贴片设置方向，本发明将若干辐射贴片旋转45度，能使集成基片间隙波导阵列天线100的电场极化方向旋转45度，从而优化集成基片间隙波导阵列天线100在e面和h面的辐射，进而实现低副瓣。其中，所述e面是指天线辐射方向中平行于电场矢量方向的方向平面，所述h面是指天线辐射方向中平行于磁场矢量方向的方向平面。当集成基片间隙波导阵列天线100的若干辐射贴片与所述三端口功分器呈45
°
夹角时，低副瓣的实现使得集成基片间隙波导阵列天线100辐射效率有了显著提升。
101.还需要指出的是，在本技术提供的一种具体实施方式中，为保护若干辐射贴片13不被破坏，本技术所提供的集成基片间隙波导阵列天线100还包括：
102.覆盖所述若干辐射贴片13的第三绝缘基板126，用于保护若干辐射贴片13。
103.可以理解的是，所述第三绝缘基板126使用绝缘材料制作，且不限制电磁波辐射。因此，在辐射贴片13将电磁波辐射至外界的情况下，电磁波可以穿过第三绝缘基板126。同时，第三绝缘基板126也保护了若干辐射贴片13不受外界压力而产生变形，延长了集成基片间隙波导阵列天线100的使用寿命。
104.进一步的，在本技术提供的一种具体实施方式中，所述馈电网络、所述若干金属凸起结构、所述第一金属层、第二金属层、若干金属通孔、若干辐射贴片均采用印刷电路pcb技术印刷。
105.可以理解的是，阵列天线广泛运用于机载雷达、卫星通信、移动通信和卫星电视系统等通信设备领域。随着科技发展，通信设备的形态也愈发小巧，因此对阵列天线的尺寸也提出了新的要求。为进一步缩小集成基片间隙波导阵列天线100的尺寸，发明人从制造角度着手，提出印刷电路pcb(printed circuit board)技术印刷所述馈电网络11、所述若干金属凸起结构、所述第一金属层、第二金属层、若干金属通孔125、若干辐射贴片13、若干耦合贴片。可以理解的是，印刷电路pcb技术具有良好的产品一致性，可以运用于标准化设计，有利于在生产过程中实现机械化和自动化。在有效降低制造成本的同时，采用印刷电路pcb技术也可以有效降低天线重量。
106.下面介绍本技术提供的集成基片间隙波导阵列天线100的具体实现过程：
107.集成基片间隙波导阵列天线100，从下到上包括：用于作为接地板的第一金属板121；与所述第一金属板连接的第一绝缘基板122；设置在所述第一绝缘基板122的馈电网络11和若干金属凸起结构；与所述第一绝缘基板122连接的第二绝缘基板124；与所述第二绝缘基板124连接的第二金属板123；设置在所述第二金属板123一面的若干耦合贴片；设置在所述第二金属板123另一面的若干辐射贴片13；与所述第二金属板123连接的第三绝缘基板126。
108.其中，所述第二金属板123包括：与所述第二绝缘基板124连接、并设置若干耦合贴片的第一金属层；与所述第三绝缘基板126连接、并设置若干辐射贴片13的第二金属层；设置在所述第一金属层和第二金属层间的绝缘层；贯穿第一金属层、绝缘层、第二金属层的若
干金属通孔125。
109.具体的，所述馈电网络11由若干三端口功分器和若干微带线组成。所述三端口功分器包括一个输入端和两个输出端，所述三端口功分器的两个输出端分别和两个微带线连接。
110.所述金属凸起结构表现为一端与所述第一绝缘基板连接的金属柱，以及与金属柱另一端连接的贴片。
111.所述若干辐射贴片13按照8行*8列排布。位于同一行相邻两个辐射贴片之间的中心间距为0.6λ，位于同一列相邻两个辐射贴片之间的中心间距为0.6λ。其中λ＝c/f，c为波速，c＝3*108m/s，f为所述集成基片间隙波导阵列天线100的中心工作频率。且所述辐射贴片13与所述三端口功分器呈45
°
夹角。所述辐射贴片13的前侧壁和第二金属板123的前侧壁平行。
112.所述若干金属通孔125按照4行*8列排布。位于同一行相邻两个金属通孔之间的中心间距为0.6λ，位于同一列相邻两个金属通孔之间的中心间距为1.2λ。其中λ＝c/f，c为波速，c＝3*108m/s，f为所述集成基片间隙波导阵列天线100的中心工作频率。
113.所述若干耦合贴片按照4行*8列排布。位于同一行相邻两个金属通孔之间的中心间距为0.6λ，位于同一列相邻两个金属通孔之间的中心间距为1.2λ。其中λ＝c/f，c为波速，c＝3*108m/s，f为所述集成基片间隙波导阵列天线100的中心工作频率。且相邻两个耦合贴片沿金属通孔的中心呈对称分布。
114.当激励电流通过馈电网络11和第一金属板121，形成电磁场，生成电磁波。所述电磁波受第一金属板121、若干金属凸起结构限制，只能向与第一金属板121相反的方向辐射。且馈电网络11与若干耦合贴片实现阻抗匹配，进行电磁耦合馈电，拓展电磁波带宽。之后电磁波经若干金属通孔125，定向传播至若干辐射贴片13。若干辐射贴片13将所述电磁波辐射至外界。
115.本技术提供的集成基片间隙波导阵列天线100通过设置波导结构12，定向传播电磁波至与波导结构12连接的若干辐射贴片13，并限制电磁波在定向传播过程中向外辐射，使得电磁波在传播过程中能受到较少的干扰，且辐射效率高。致使集成基片间隙波导阵列天线100能够以较少的辐射贴片13，和较为简单的馈电网络11实现高增益辐射。较少的辐射贴片13和较为简单的馈电网络11使得集成基片间隙波导阵列天线100的制造成本低。且本技术将辐射贴片13旋转45度，使得集成基片间隙波导阵列天线100的电场方向旋转45度，从而优化集成基片间隙波导阵列天线100在e面和h面的辐射，进而实现低副瓣。
116.需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
117.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。